1、成才之路 物理路漫漫其修远兮 吾将上下而求索人教版 选修3-5动量守恒定律第十六章 第一节 实验：探究碰撞中的不变量第十六章学习目标定位1课堂情景切入2知识自主梳理3重点难点突破4考点题型设计5课后强化作业6学习目标定位了解探究碰撞中的不变量的基本思路和实验方法 体验探究自然规律的过程 探究一维碰撞中的不变量课堂情景切入碰撞是自然界中常见的现象。两节火车车厢之间的挂钩靠碰撞连接，台球由于两球的碰撞而改变运动状态。微观粒子之间更是由于相互碰撞而改变能量，甚至使得一种粒子转化为其他粒子。碰撞前后会不会有什么物理量保持不变呢？知识自主梳理1一维碰撞两 个 物 体 碰 撞 前 沿 _运 动，碰 撞 后
2、_运动。这种碰撞叫做一维碰撞。2探寻守恒量在一维碰撞的前提下，设两个物体的质量分别为m1、m2，碰撞前它们的速度分别为v1、v2，碰撞后的速度分别为v1、v2。实验的基本思路同一直线仍沿这条直线m1v1m2v2方案一：用气垫导轨完成两个滑块的一维碰撞实验装置如下图所示。实验方案宽度光电门2各种碰撞情景滑块上装弹性片、贴胶片或橡皮泥等，达到碰撞后弹开或粘在一起的效果。方案二：利用等长悬绳挂等大的小球实现一维碰撞实验装置如下图所示。把两个小球用线悬起来，一个小球静止，拉起另一个小球，放开后它们相碰。单摆摆长方案三：利用小车在光滑桌面碰撞另一个静止的小车实现一维碰撞实验装置如下图所示。小车匀速1将以
3、上三个实验过程中测得的数据填入下表中数据处理从上表中的三个关系中，找出碰撞前和碰撞后相等的关系量。2结论在实验误差允许的范围内，碰撞前、后不变的量是物体的质 量 m与 速 度 v的 乘 积 之 和，即 m1v1 m2v2_。重点难点突破一、实验过程1实验器材方案一：气垫导轨、光电计时器、天平、滑块(两个)、弹簧片、细线、弹性碰撞架、胶片、撞针、橡皮泥等。方案二：带细线的摆球(两个)、铁架台、天平、量角器、坐标纸、胶片等。方案三：光滑长木板、打点计时器、纸带、小车(两个)、天平、撞针、橡皮泥等。2实验步骤不论采用哪种方案，实验过程均可按实验方案合理安排，参考步骤如下：(1)用天平测量相关的质量；
4、(2)安装实验装置；(3)使物体发生碰撞；(4)测量或读出有关数据，计算出物体的速度；(5)改变碰撞条件重复上述3、4步；(6)进行数据处理通过分析对比，找出碰撞中的不变量；(7)整理实验器材。二、注意事项1保证两物体发生的是一维碰撞。即两个物体碰撞前沿同一直线运动，碰撞后仍沿同一直线运动。2气垫导轨是一种精度较高的现代化教学仪器。切忌振动、重压，严防碰伤和划伤，禁止在不通气的情况下将滑块在轨面上滑磨。3若利用气垫导轨进行实验，调整气垫导轨时注意应利用水平仪确保导轨水平。4利用摆球进行实验时，可以将实验仪器靠在一个大型的量角器上，这样可以较准确地读出小球摆动的角度，以减小误差。5若利用摆球进行
5、实验，两小球静止时球心应在同一水平线上，以便对心碰撞，且刚好接触时，摆线竖直，将小球拉起后，两条摆线应在同一竖直面内。6碰撞有很多情形，我们追寻的不变量必须在各种碰撞情况下都不改变，才符合要求。三、误差分析1碰撞前后是否在一条直线上，与实验设计有关。气垫导轨很好地控制了两个物体碰撞的一维性，其他两个设计都存在碰撞不是严格的一维碰撞的问题，造成实验的误差。2碰撞中是否受其他力(例如：摩擦力)的影响是带来误差的又一个重要原因，实验中要合理控制实验条件，尽量减小或避免除碰撞时相互作用力外的其他力影响物体速度。3测量及读数的准确性也是造成误差的一个重要原因，实验中要规范读数和测量，尽量减小误差因素的影
6、响。方案一相比之下较为准确，研究的项目也可以更多一些。考点题型设计探究一维碰撞中的不变量某同学利用如图所示的装置探究碰撞中的不变量。图中两摆摆长相同，悬挂于同一高度，A、B两摆球均很小，质量之比为12。当两摆均处于自由静止状态时，其侧面刚好接触。向左上方拉动B球使其摆线伸直并与竖直方向成45角，然后将其由静止释放，结果观察到两摆球粘在一起摆动，且最大摆角为30。此实验能否成功说明碰撞前后质量与速度的乘积是不变量？答案：能拓展延伸重复这种操作10次，图中O是水平槽末端口在记录纸上的垂直投影点，P为未放被碰小球B时A球的平均落点，M为与B球碰后A球的平均落点，N为被碰球B的平均落点，若B球落点痕迹
7、如图乙所示，其中米尺水平放置，且平行于OP，米尺的零点与O点对齐。(1)碰撞后B球的水平射程应为_cm。(2)若mv为守恒量，在以下选项中，哪些是本次实验必须进行的测量()A.水平槽上未放B球时，测量A球落点位置到O点的距离BA球与B球碰撞后，测量A球落点位置到O点的距离C测量A球或B球的直径D测量A球和B球的质量E测量G点相对于水平槽面的高度解析：(1)将10个点圈在圆内的最小圆的圆心作为平均落点，可由刻度尺测得碰撞后B球的水平射程为64.7cm，因最后一位数字为估计值，允许误差0.1cm，因此64.6cm和64.8cm也是正确的。(2)从同一 高度做平抛运动飞行的时间t相同，而水平方向为匀
8、速运动，故水平位移svt，所以只要测出小球飞行的水平位移，就可以用水平位移代替平抛初速度，亦即碰撞前后的速度，证明mAOP与mAOMmBON是否相等，即可以说明两个物体碰撞前后各自的质量与其速度的乘积之和是否相等，故必须测量的是两球的质量和水平射程，即选项A、B、D是必须进行的测量。答案：(1)64.7cm(64.664.8cm均可)；(2)ABD点评：该题中利用平抛运动的规律，巧妙的提供了一种测量碰撞前后的速度的方法，既方便又实用。在“探究碰撞中的不变量”的实验中，也可以探索mv2这个量(对应于动能)的变化情况。(1)若采用弓形弹片滑块的方案如图甲所示，弹开后的mv2的总量_(填“大于”“小
9、于”或“等于”)弹开前mv2的总量，这是因为_。(2)若采用图乙所示的方案，碰撞前mv2的总量_(填“大于”“小于”或“等于”)碰后mv2的总量，说明碰撞中机械能_。(填“守恒”或“不守恒”)。(3)若采用图丙所示的方案，碰撞前mv2的总量_(填“大于”“小于”或“等于”)碰后mv2的总量，说明碰撞中存在_损失。答案：(1)大于弹片的弹性势能转化为两滑块动能，滑块动能增加(2)等于 守恒(3)大于 机械能解析：(1)弹开前，两滑块静止，动能为零；弹开后，弹片的弹性势能转变为滑块的动能，故弹开后mv2增大。(2)取两滑块及弹簧为系统，整个系统作用前后机械能守恒，故碰撞前后mv2不变。(3)两滑块的碰撞过程中，撞针刺入橡皮泥需克服摩擦阻力做功，该过程中机械能有损失，故碰撞前mv2大于碰撞后mv2。课后强化作业（点此链接）
